Android UI性能优化实战 识别绘制中的性能问题

释放双眼,带上耳机,听听看~!

1、概述

2015年初google发布了Android性能优化典范,发了16个小视频供大家欣赏,当时我也将其下载,通过微信公众号给大家推送了百度云的下载地址(地址在文末,ps:欢迎大家订阅公众号),那么近期google又在udacity上开了系列类的相关课程。有了上述的参考,那么本性能优化实战教程就有了坚实的基础,本系列将结合实例为大家展示如何去识别诊断解决Android应用开发中存在的性能问题。那么首先带来的就是大家最关注的渲染的性能优化(~~渲染就是把东西绘制到屏幕上)。

ps:本博客所有案例可能并不会完全按照Google给出的例子,因为范例代码比较多且不好在博客中展示,所以基本代码都会经过调整,但表达的意思不会变。

2、 Android渲染机制

大家自己编写App的时候,有时会感觉界面卡顿,尤其是自定义View的时候,大多数是因为布局的层次过多,存在不必要的绘制,或者onDraw等方法中过于耗时。那么究竟需要多快,才能给用户一个流畅的体验呢?那么就需要简单了解下Android的渲染机制,一图胜千言:

Android系统每隔16ms发出VSYNC信号,触发对UI进行渲染,那么整个过程如果保证在16ms以内就能达到一个流畅的画面。那么如果操作超过了16ms就会发生下面的情况:

如果系统发生的VSYNC信号,而此时无法进行渲染,还在做别的操作,那么就会导致丢帧的现象,(大家在察觉到APP卡顿的时候,可以看看logcat控制太,会有drop frames类似的警告)。这样的话,绘制就会在下一个16ms的时候才进行绘制,即使只丢一帧,用户也会发现卡顿的~~(ps:上面标识不应该是32ms么,咋是34ms,难道我错过了什么)。

好了,很多朋友会不会奇怪为什么是16ms,16ms意味着着1000/60hz,相当于60fps,那么只要解释为什么是60fps,好在这个问题,网上有解答:

这是因为人眼与大脑之间的协作无法感知超过60fps的画面更新。12fps大概类似手动快速翻动书籍的帧率,这明显是可以感知到不够顺滑的。24fps使得人眼感知的是连续线性的运动,这其实是归功于运动模糊的
效果。24fps是电影胶圈通常使用的帧率,因为这个帧率已经足够支撑大部分电影画面需要表达的内容,同时能够最大的减少费用支出。但是低于30fps是
无法顺畅表现绚丽的画面内容的,此时就需要用到60fps来达到想要的效果,当然超过60fps是没有必要的(据说Dart能够带来120fps的体验)。本引用来源:Google 发布 Android 性能优化典范 – 开源中国社区

好了,有了对Android渲染机制基本的认识以后,那么我们的卡顿的原因就在于没有办法在16ms内完成该完成的操作,而主要因素是在于没有必要的layouts、invalidations、Overdraw。渲染的过程是由CPU与GPU协作完成,下面一张图很好的展示出了CPU和GPU的工作,以及潜在的问题,检测的工具和解决方案。


如果你对上图感到不理解,没关系,你只要知道问题:

  • 通过Hierarchy Viewer去检测渲染效率,去除不必要的嵌套
  • 通过Show GPU Overdraw去检测Overdraw,最终可以通过移除不必要的背景以及使用canvas.clipRect解决大多数问题。

如果你还觉得不能理解,没关系,文本毕竟是枯燥的,那么结合实例来展示优化的过程。

3、Overdraw的检测

对于性能优化,那么首先肯定是去发现问题,那么对么overdraw这个问题,还是比较容易发现的。
按照以下步骤打开Show GPU Overrdraw的选项:

设置 -> 开发者选项 -> 调试GPU过度绘制 -> 显示GPU过度绘制

好了,打开以后呢,你会发现屏幕上有各种颜色,此时你可以切换到需要检测的程序,对于各个色块,对比一张Overdraw的参考图:

那么如果你发现你的app上深红色的色块比较多,那么可能就要注意了,接下来就开始说如果遇到overdraw的情况比较严重我们该则么处理。

4、Overdraw 的处理方案一:移除不必要的background

下面看一个简单的展示ListView的例子:

  • activity_main
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:background="@android:color/white"
android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
android:orientation="vertical"
>
<TextView
        android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:padding="@dimen/narrow_space"
android:textSize="@dimen/large_text_size"
android:layout_marginBottom="@dimen/wide_space"
android:text="@string/header_text"/>
<ListView
        android:id="@+id/id_listview_chats"
android:layout_width="match_parent"
android:background="@android:color/white"
android:layout_height="wrap_content"
android:divider="@android:color/transparent"
android:dividerHeight="@dimen/divider_height"/>
</LinearLayout>
  • item的布局文件
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:orientation="horizontal"
android:paddingBottom="@dimen/chat_padding_bottom">
<ImageView
        android:id="@+id/id_chat_icon"
android:layout_width="@dimen/avatar_dimen"
android:layout_height="@dimen/avatar_dimen"
android:src="@drawable/joanna"
android:layout_margin="@dimen/avatar_layout_margin" />
<LinearLayout
        android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:background="@android:color/darker_gray"
android:orientation="vertical">
<RelativeLayout
            android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content"
android:background="@android:color/white"
android:textColor="#78A"
android:orientation="horizontal">
<TextView xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content"
android:layout_alignParentLeft="true"
android:padding="@dimen/narrow_space"
android:text="@string/hello_world"
android:gravity="bottom"
android:id="@+id/id_chat_name" />
<TextView xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content"
android:layout_alignParentRight="true"
android:textStyle="italic"
android:text="@string/hello_world"
android:padding="@dimen/narrow_space"
android:id="@+id/id_chat_date" />
</RelativeLayout>
<TextView xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:padding="@dimen/narrow_space"
android:background="@android:color/white"
android:text="@string/hello_world"
android:id="@+id/id_chat_msg" />
</LinearLayout>
</LinearLayout>
  • Activity的代码
package com.zhy.performance_01_render;
import android.os.Bundle;
import android.os.PersistableBundle;
import android.support.annotation.Nullable;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.view.LayoutInflater;
import android.view.View;
import android.view.ViewGroup;
import android.widget.ArrayAdapter;
import android.widget.ImageView;
import android.widget.ListView;
import android.widget.TextView;
/**
* Created by zhy on 15/4/29.
*/
public class OverDrawActivity01 extends AppCompatActivity
{
private ListView mListView;
private LayoutInflater mInflater ;
@Override
protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState)
{
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_overdraw_01);
mInflater = LayoutInflater.from(this);
mListView = (ListView) findViewById(R.id.id_listview_chats);
mListView.setAdapter(new ArrayAdapter<Droid>(this, -1, Droid.generateDatas())
{
@Override
public View getView(int position, View convertView, ViewGroup parent)
{
ViewHolder holder = null ;
if(convertView == null)
{
convertView = mInflater.inflate(R.layout.chat_item,parent,false);
holder = new ViewHolder();
holder.icon = (ImageView) convertView.findViewById(R.id.id_chat_icon);
holder.name = (TextView) convertView.findViewById(R.id.id_chat_name);
holder.date = (TextView) convertView.findViewById(R.id.id_chat_date);
holder.msg = (TextView) convertView.findViewById(R.id.id_chat_msg);
convertView.setTag(holder);
}else
{
holder = (ViewHolder) convertView.getTag();
}
Droid droid = getItem(position);
holder.icon.setBackgroundColor(0x44ff0000);
holder.icon.setImageResource(droid.imageId);
holder.date.setText(droid.date);
holder.msg.setText(droid.msg);
holder.name.setText(droid.name);
return convertView;
}
class ViewHolder
{
ImageView icon;
TextView name;
TextView date;
TextView msg;
}
});
}
}
  • 实体的代码
package com.zhy.performance_01_render;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Droid
{
public String name;
public int imageId;
public String date;
public String msg;
public Droid(String msg, String date, int imageId, String name)
{
this.msg = msg;
this.date = date;
this.imageId = imageId;
this.name = name;
}
public static List<Droid> generateDatas()
{
List<Droid> datas = new ArrayList<Droid>();
datas.add(new Droid("Lorem ipsum dolor sit amet, orci nullam cra", "3分钟前", -1, "alex"));
datas.add(new Droid("Omnis aptent magnis suspendisse ipsum, semper egestas", "12分钟前", R.drawable.joanna, "john"));
datas.add(new Droid("eu nibh, rhoncus wisi posuere lacus, ad erat egestas", "17分钟前", -1, "7heaven"));
datas.add(new Droid("eu nibh, rhoncus wisi posuere lacus, ad erat egestas", "33分钟前", R.drawable.shailen, "Lseven"));
return datas;
}
}

现在的效果是:

注意,我们的需求是整体是Activity是个白色的背景。

开启Show GPU Overdraw以后:

对比上面的参照图,可以发现一个简单的ListView展示Item,竟然很多地方被过度绘制了4X 。 那么,其实主要原因是由于该布局文件中存在很多不必要的背景,仔细看上述的布局文件,那么开始移除吧。

  • 不必要的Background 1

    我们主布局的文件已经是background为white了,那么可以移除ListView的白色背景

  • 不必要的Background 2

    Item布局中的LinearLayout的android:background="@android:color/darker_gray"

  • 不必要的Background 3

    Item布局中的RelativeLayout的android:background="@android:color/white"

  • 不必要的Background 4

    Item布局中id为id_msg的TextView的android:background="@android:color/white"

这四个不必要的背景也比较好找,那么移除后的效果是:

对比之前的是不是好多了~~~接下来还存在一些不必要的背景,你还能找到吗?

  • 不必要的Background 5

这个背景比较难发现,主要需要看Adapter的getView的代码,上述代码你会发现,首先为每个icon设置了背景色(主要是当没有icon图的时候去显示),然后又设置了一个头像。那么就造成了overdraw,有头像的完全没必要去绘制背景,所有修改代码:

Droid droid = getItem(position);
if(droid.imageId ==-1)
{
holder.icon.setBackgroundColor(0x4400ff00);
holder.icon.setImageResource(android.R.color.transparent);
}else
{
holder.icon.setImageResource(droid.imageId);
holder.icon.setBackgroundResource(android.R.color.transparent);
}

ok,还有最后一个,这个也是非常容易被忽略的。

  • 不必要的Background 6

记得我们之前说,我们的这个Activity要求背景色是白色,我们的确在layout中去设置了背景色白色,那么这里注意下,我们的Activity的布局最终会添加在DecorView中,这个View会中的背景是不是就没有必要了,所以我们希望调用mDecor.setWindowBackground(drawable);,那么可以在Activity调用getWindow().setBackgroundDrawable(null);

setContentView(R.layout.activity_overdraw_01);
getWindow().setBackgroundDrawable(null);

ok,一个简单的listview显示item,我们一共找出了6个不必要的背景,现在再看最后的Show GPU Overdraw 与最初的比较。

ok,对比参照图,基本已经达到了最优的状态。

5、Overdraw 的处理方案二:clipRect的妙用

我们在自定义View的时候,经常会由于疏忽造成很多不必要的绘制,比如大家看下面这样的图:

多张卡片叠加,那么如果你是一张一张卡片从左到右的绘制,效果肯定没问题,但是叠加的区域肯定是过度绘制了。
并且material design对于界面设计的新的风格更容易造成上述的问题。那么有什么好的方法去改善呢?
答案是有的,android的Canvas对象给我们提供了很便利的方法clipRect就可以很好的去解决这类问题。

下面通过一个实例来展示,那么首先看一个效果图:

左边显示的时效果图,右边显示的是开启Show Override GPU之后的效果,可以看到,卡片叠加处明显的过度渲染了。
(ps:我对这个View添加了一个背景色~~仔细看下面的代码)
* View代码
package com.zhy.performance_01_render;
import android.content.Context;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.BitmapFactory;
import android.graphics.Canvas;
import android.view.View;
/**
* Created by zhy on 15/4/30.
*/
public class CardView extends View
{
private Bitmap[] mCards = new Bitmap[3];
private int[] mImgId = new int[]{R.drawable.alex, R.drawable.chris, R.drawable.claire};
public CardView(Context context)
{
super(context);
Bitmap bm = null;
for (int i = 0; i < mCards.length; i++)
{
bm = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), mImgId[i]);
mCards[i] = Bitmap.createScaledBitmap(bm, 400, 600, false);
}
setBackgroundColor(0xff00ff00);
}
@Override
protected void onDraw(Canvas canvas)
{
super.onDraw(canvas);
canvas.save();
canvas.translate(20, 120);
for (Bitmap bitmap : mCards)
{
canvas.translate(120, 0);
canvas.drawBitmap(bitmap, 0, 0, null);
}
canvas.restore();
}
}
  • Activity代码
/**
* Created by zhy on 15/4/30.
*/
public class OverDrawActivity02 extends AppCompatActivity
{
@Override
protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState)
{
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(new CardView(this));
}
}

那么大家可以考虑下如何去优化,其实很明显哈,我们上面已经说了使用cliprect方法,那么我们目标直指
自定义View的onDraw方法。
修改后的代码:


@Override
protected void onDraw(Canvas canvas)
{
super.onDraw(canvas);
canvas.save();
canvas.translate(20, 120);
for (int i = 0; i < mCards.length; i++)
{
canvas.translate(120, 0);
canvas.save();
if (i < mCards.length - 1)
{
canvas.clipRect(0, 0, 120, mCards[i].getHeight());
}
canvas.drawBitmap(mCards[i], 0, 0, null);
canvas.restore();
}
canvas.restore();
}

分析得出,除了最后一张需要完整的绘制,其他的都只需要绘制部分;所以我们在循环的时候,给i到n-1都添加了clipRect的代码。

最后的效果图:

可以看到,所有卡片变为了淡紫色,对比参照图,都是1X过度绘制,那么是因为我的View添加了一个
ff00ff00的背景,可以说明已经是最优了。

如果你按照上面的修改,会发现最终效果图不是淡紫色,而是青色(2X),那是为什么呢?因为你还忽略了
一个优化的地方,本View已经有了不透明的背景,完全可以移除Window的背景了,即在Activity中,添加getWindow().setBackgroundDrawable(null);代码。

好了,说完了Overdraw的检测与处理,那么还剩下一个layouts、invalidations过慢的问题,那么这类问题主要可能是你的XML层级过多导致的,当然也有很好的工具可以用来检测,那么就是Hierarchy Viewer

6、减少不必要的层次:巧用Hierarchy Viewer

1、Hierarchy Viewer工具简介

Android SDK中包含这个工具,不过大家肯定也不陌生了~~~

那么就简单说一下它在哪,如何使用,以及真机无法使用该工具该怎么解决。

  • Hierarchy Viewer在哪?

本博客使用IDE为Android Studio,那么只需要按照下图步骤即可找到:

其他IDE的兄弟,找到这个肯定没问题,不过还是建议慢慢的转向AS。

  • 如何使用?

一图胜千言:

关注下,所有框住的区域~~

  • 无法连接真机调试怎么办?

如果你不存在这样的问题,直接跳过本节。

Android的官方文档中,有这么一句话:

出于安全考虑,Hierarchy Viewer只能连接Android开发版手机或是模拟器

看来的确是存在这样的问题了,并且网上也有一些解决方案,修改源码神马的,有兴趣去试试。
这里推荐一种解决方案:romainguy在github上有个项目ViewServer,可以下载下来导入到IDE中,里面有个ViewServer的类,类注释上也标注了用法,在你希望调试的Activity以下该三个方法中,添加几行代码:

 * <pre>
* public class MyActivity extends Activity {
*     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
*         super.onCreate(savedInstanceState);
*         // Set content view, etc.
*         ViewServer.get(this).addWindow(this);
*     }
*
*     public void onDestroy() {
*         super.onDestroy();
*         ViewServer.get(this).removeWindow(this);
*     }
*
*     public void onResume() {
*         super.onResume();
*         ViewServer.get(this).setFocusedWindow(this);
*     }
* }
* </pre>

记得先添加依赖,别问我怎么找不到ViewServer这个类,添加以上3行以后,手机运行至该Activity,重启下Android Device Moniter,然后就ok了,我就是这种方法调试的,哈~~

2、优化案例

好了,上面介绍完成了如何使用Hierarchy Viewer,下面使用一个案例来说明问题。
主要就是个布局文件:

  • 布局文件
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:orientation="vertical"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content">
<!-- Version 1. Uses nested LinearLayouts -->
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:orientation="horizontal"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:layout_marginTop="@dimen/activity_vertical_margin">
<ImageView
            android:id="@+id/chat_author_avatar1"
android:layout_width="@dimen/avatar_dimen"
android:layout_height="@dimen/avatar_dimen"
android:layout_margin="@dimen/avatar_layout_margin"
android:src="@drawable/joanna"/>
<LinearLayout
            android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:orientation="vertical">
<TextView
                android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="@string/line1_text" />
<TextView
                android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="@string/line2_text"/>
</LinearLayout>
</LinearLayout>
<!-- Version 2: uses a single RelativeLayout -->
<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:orientation="horizontal"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:layout_marginTop="@dimen/activity_vertical_margin">
<ImageView
            android:id="@+id/chat_author_avatar2"
android:layout_width="@dimen/avatar_dimen"
android:layout_height="@dimen/avatar_dimen"
android:layout_margin="@dimen/avatar_layout_margin"
android:src="@drawable/joanna"/>
<TextView
            android:id="@+id/rl_line1"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:layout_toRightOf="@id/chat_author_avatar2"
android:text="@string/line1_text" />
<TextView
            android:id="@+id/rl_line2"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:layout_below="@id/rl_line1"
android:layout_toRightOf="@id/chat_author_avatar2"
android:text="@string/line2_text" />
</RelativeLayout>
</LinearLayout>
  • Activity
package com.zhy.performance_01_render;
import android.os.Bundle;
import android.support.v7.app.ActionBarActivity;
import com.android.debug.hv.ViewServer;
public class CompareLayoutActivity extends ActionBarActivity
{
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)
{
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_compare_layouts);
ViewServer.get(this).addWindow(this);
}
@Override
protected void onResume()
{
super.onResume();
ViewServer.get(this).setFocusedWindow(this);
}
@Override
protected void onDestroy()
{
super.onDestroy();
ViewServer.get(this).removeWindow(this);
}
}

可以看到我们的Activity里面添加了ViewServer相关的几行代码。
然后手机打开此Activity,打开Android Device Moniter,切换到Hierarchy Viewer视图,可以看到:

点击LinearLayout,然后点击Profile Node,你会发现所有的子View上面都有了3个圈圈,
(取色范围为红、黄、绿色),这三个圈圈分别代表measure 、layout、draw的速度,并且你也可以看到实际的运行的速度,如果你发现某个View上的圈是红色,那么说明这个View相对其他的View,该操作运行最慢,注意只是相对别的View,并不是说就一定很慢。

红色的指示能给你一个判断的依据,具体慢不慢还是需要你自己去判断的。

好了,上面的布局文件展示了ListView的Item的编写的两个版本,一个是Linearlayout嵌套的,一个是RelativeLayout的。上图也可以看出Linearlayout的版本相对RelativeLayout的版本要慢很多(请多次点击Profile Node取样)。即可说明RelativeLayout的版本更优于RelativeLayout的写法,并且Hierarchy Viewer可以帮助我们发现类似的问题。

恩,对了,第一个例子里面的ListView的Item的写法就是Liearlayout嵌套的,大家有兴趣可以修改为RelativeLayout的写法的~~~

到此我们就介绍完成了如何去对Android渲染进行优化,如果你的app有卡顿的情况,可以通过使用上述的工具首先去检测收集数据,然后按照上面提供的方法进行优化~~have a nice day ~~

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